热处理工装对厚大型铸件超声波探伤底波的探讨

宋 贺，刘晓琳，单泽成，刘 伟

（中铝山东工程技术有限公司，山东 淄博 255000）

滚圈、轮带等厚大型铸件应用于回转窑、危废窑、反应炉等等窑炉上，是非常关键、重要的零部件，特点为质量重、体积大、壁厚等，都要求进行超声波探伤，对于小型窑炉其探伤要求比较高，一般超声波探伤要求在2级左右，而对于大型窑炉其探伤要求在3级左右。为能够进行超声波探伤，滚圈、轮带必须进行热处理，只有具备探伤要求，才能进一步对内部探伤等级进行评定。

现实的实际生产过程中，滚圈、轮带等大型铸件的热处理一般为：正火+回火，用来达到细化晶粒，稳定组织的作用，使其具备超声波探伤要求（有底波）；在其热处理正火冷却过程中，主要的冷却方式为：自然风冷和风扇风冷等两种，对于一般质量小、体积小的铸件，用两种方法可以满足技术要求；然而，由于自然风冷却等冷却速度的限制，大型的滚圈、轮带等需要两次甚至三次正火+回火才能够达到细化晶粒的目的，超声波探伤才能够有底波，造成了成本的提高，不利于实际生产。为了解决在实际过程中出现的两次甚至三次正火+回火才能细化晶粒的难题，通过设计一套热处理工装[1]，提高其正火过程中的冷却速度，同时，使滚圈、轮带等厚大型铸件冷却均匀，达到一次正火回火就能细化晶粒，超声波探伤中有底波。

1 实验

外径5900mm，内径5100mm，高度850mm，毛重6300kg左右滚圈四件，材质ZG35SiMn，电弧炉熔炼，水玻璃砂造型。热处理炉为天然气炉，型腔规格为10000×7500×4000，两侧各均匀分布五个喷火嘴，天然气炉拖车有效载荷为200吨；CTS-9006超声波探伤仪，热处理工装[1]一套。

第一组炉次为不使用热处理工装，正火冷却方式为自然风冷却；热处理拖车上放置六件垫块，高度600mm左右，将两件滚圈放置在垫块之上，两件滚圈上下堆放，滚圈中间间隙超过150mm，铸件放置天然气热处理炉中间位置。

第二组炉次为使用热处理工装[1]，热处理工装实用为：先将热处理工装组装好，然后接通风包，组装完毕之后，在厚大铸件出天然气炉之前，用吊车吊起，预留在铸件出炉后位置的正上方，然后铸件在天然气炉保温结束后，拉出天然气炉，吊车吊的热处理工装落下，让热处理工装在铸件周围；这时滚圈摆放方式和第一组炉次一样。

以上两个炉次的热处理工艺一样，只有正火过程中的冷却方式不一样。第一组炉次自然冷却，第二组炉次使用热处理工装冷却。

图1 第一组炉次中两件滚圈摆放方式以及自然风正火冷却方式

图2 热处理工装三维设计图

图3 热处理工装组装完毕

图4 热处理工装吊起，找预停留位置

图5 第二组炉次中两件滚圈摆放方式以及用热处理正火工装冷却方式

2 实验结果

热处理正火+回火之后，将滚圈外的氧化皮去除，用超声波探测器对其进行超声波探伤。

探伤结果：第一组炉下面的滚圈2/3以上区域存在无底波现象，上面的滚圈1/2以上区域存在无底波现象，不符合超声波探伤要求，不能进行超声波探伤。

第二炉次，上下两件滚圈都有底波，符合超声波探伤要求，能够进行超声波探伤。

3 分析和讨论

第一组炉次中两件滚圈都存在无底波现象，主要因为自然风冷却速度有限，风量受到厂房、天然气炉位置等客观因素影响比较多，风量分散不能集中，没有足够的风量使滚圈热量散发，厚大型铸件内部热量不能通过自然风快速带走，导致厚大型铸件热量散发慢；同时，由于自然风的方向单一，只有一侧位置的冷却速度快，而其余位置冷却速度慢，导致热量分布不集中，有的冷却下来，组织开始改变，而其余地方热量没有散发还没有发生组织改变，达不到晶粒细化要求，所以导致铸件内部晶粒粗大，没有底波。

第二组炉次中两件滚圈都有底波，主要因为热处理工装存在，热处理工装能够使风包内的压缩风集中集中起来，通过工装内侧出气孔，风量均匀分布在滚圈周围，持续不断对滚圈进行冷却，滚圈的热量能够持续的被带走，同时，风量集中并持续不断的均匀分布在滚圈周围，也防止了由于冷却速度不同导致滚圈铸件的变形，冷却速度能够达到铸件内部晶粒细化要求，从而晶粒比没有用热处理正火工装的细小，超声波探伤有底波，符合超声波探伤要求。

4 结论

（1）热处理工装能够增加滚圈正火时的冷却速度，达到细化内部晶粒的目的，超声波探伤有底波，符合超声波探伤要求，能够进行超声波探伤。

（2）滚圈、轮带等厚大型铸件正火时进行自然冷却，冷却速度不够，一次正火+回火很难使晶粒细化，超声波探伤时没有底波，不符合超声波探伤要求。

（3）热处理正火工装能够加快滚圈、轮带等厚大型铸件在热处理正火时的冷却速度，一次正火+回火能够进行探伤，节省了大量的生产成本，符合实际生产要求。